半导体分立器件测试原理和方法

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热阻测试 Rth
测量器件结到基准点之间的热阻。
a. 原理 被测器件通以加热电流，产生损耗功率P，热平衡时，由测得的结温Tj和基准点温度Tc ，按公式计算结壳热阻。
Rjc
Tj
Tc P
如我们施加两次不同的加热功率P1，P2，通过调节冷却条件使两次结温相等，并测得对 应的基准点温度TC1和TC2，则可按下面公式计算结壳热阻。
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IGD、VGD
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IGD、VGD测试
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IH维持电流
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IH维持电流测试
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IL擎住电流
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IL擎住电流测试
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断态电压临界上升率 （电压上升法）
当S合上，恒流源就以一恒定直流向电容C充电，电容两端电压就以直
表头V显示正向峰值电压，漏电流从R2取样显示漏电流 的峰值。
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高温阻断试验

本试验适用于产品逐批检验，周期检验。
耐久性试验目的是考核产品在规定的条件下完 成规定功能的能力。
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（门极控制）开通时间（tgt）
调节可调交流电源G，电源电压经D1，R1向C充电，充至测试条件规定值，
在充电电源为负时，触发脉冲触发被试元件，C上电压通过R2，L， DUT放电，产生振荡或非振荡波形。被试元件开通元件二端管压降下降。
观察RS（标准门极电流的无感电阻器）二端波形就是观察门极触发电流 波形，从而可测得td和trr。
PN结压降 呈现负温度系数，体压降，接触压降呈 现正温度系数
当Tj升高，I较小时，PN结压降起主要作用，∴高 温压降比常温小；
I大时，体压降、接触压降起主导作用，高温压降 比常温大。
因此我们可以看到伏安特性随结温而变化，并 且总有一个交点。
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断态和反向峰值电流IDRM 、IRRM
线上升，形成线性的dv/dt，改变充电电流和电容就改变dv/dt值，即
dvc/dt = I/C。二极管D和可调直流电源UD组成电压限幅电路，当电容 电压充至 > UD时，电容电压就通过D向UD放电，即保持电容电压不 变，增加dv/dt值至电压波形突然下降，未降前的dv/dt即为所测值。
示波器观察。
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通态电流临界上升率 di/dt
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由于通常测试大电流器件时用正弦波，此时R2可忽略，事业部实际也 是按LC振荡电路。
交流电经D1，R1向C充电，充至所需值，触发装置B输出一脉冲触发 DUT，电容C经L放电，输出dI/dt波形。电容、电感可按下式计算：
C 1 . 91 I TM t 1 V DM
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然后我们用外加热办法加热DUT，此时压机加热单元温 度计指示着元件的壳温和结温。在外加热时我们可近 似认为壳温和结温相等。待温度稳定时，闭合S1使直 流IDC仅仅流通10 ms，S1就断开，此时If流过DUT，记 录此时Vf2，我们总能找出一个Vf2 = Vf1时的壳温Tc2 （由于外加热，P2 = 0）
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概述
电力半导体器件是由整流二极管（ZP）， 反向阻断三极晶闸管（KP），快速整流 二极管（ZK），快速晶闸管（KK），非 对称晶闸管（KF），逆导（KN），双向 （KS），可关断（GTO/IGCT）等组成。
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应用
1. 整流 —— 把交流电变成直流电 2. 逆变 —— 把直流电变成交流电 3. 变频 —— 把一种频率的交流电变成另一种频
断特性，正向串入D1，反向串入D2，使a点得到正弦半波电压， 调 此节电T压B峰就值可由调D节3此与电电压容峰C组值成，的按定峰义值这保波持形电符路合在V电DR容M测C上试就要变求，成 等 VD于RM电时压，峰电值阻的R1直上流的电电压压，就由反表映头了V流P显过元示件。的当漏被电试流元，件测二出端R加1上上 的 就 加电在可压被看峰试到晶值其闸也断管就态负测伏端出安，I特DR性M此，①时同。测时断得将开的X接接为触示V器R波RJM器1值，X和闭端相合，应JY2接，的Ya点端IRR电，M压我，就们其 伏安特性如左图②。线路采用的是转折保护，当元件一旦转折，
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断态和反向峰值电流IDRM 、IRRM
实用电路
【反断向态重和复反峰向值不电重流复I峰DR值M、电I压RRM（原V理DS电M，路V等RS均M）相与似断，态差和异 是： 脉冲重复频率：单次脉冲，或发热效应可以忽略 的低重复频率 】
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220V电源经全波可控整流器BR加压在自耦调压器TB原边（只要KP 导通），付边输出电压加在高压变压器B的原边，于是B付边输出 高压，此时波形仍是交流全波。我们利用整流管正向导通反向阻
漏电流急剧增加，此时脉冲变压器MB原边会产生一电压，付边也 会感应出一电压，此电压使整流桥BR的KP的门阴极短路，KP元 件恢复阻断，220V电源断开，付边高压消失，从而保护了被试元 件。其动作时间为10 ms。
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IGT、VGT
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测试条件
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经示波器CRO可观察。
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通态（不重复）浪涌电流（ITSM）
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原理电路
当S闭时，高压变压器B1付边输出高压通过整流桥，R1向电容 C充电，当C充至要求值时，断开S，然后触发KP1，KP2， DUT，则C通过KP1向低压大电流变压器B2原边放电，B2付边 通过KP2，分流器FL，DUT放电，产生一挖正弦半波底宽约10 ms浪涌电流，B3输出交流全波电压，经Z1整流为半波电压加 在DUT负端，时间恰好为浪涌电流结束后的半周，调节TB1就 可2按020/标6/22准规定调节加于被试元件上的反向电压峰值。 28
Rjc
TC1 P2
TC2 P1
我们可以这样推导：
当通以P1时，Rjc1 = Tj1 – Tc1 / P1 Tj1 = Rjc1 P1 + Tc1 当通以P2时，Rjc2 = Tj2 – Tc2 / P2 Tj2 = Rjc2 P2 + Tc2 如Tj1 = Tj2，Rjc1 = Rjc2 则Rjc P1 + Tc1 = Rjc P2 + Tc2
• 6. 各种系统联锁和安全联锁装置是为了保障测试能安 全可靠运行及工作人员的人身安全的，不得随意改动 或短路。
• 7．测试时严禁进入标有“高压止步”警示的区域。
• 8. 测试运行时，发现异常，应立刻停机，通知维修人 员进行检查、维修。
• 9．非测试工作人员因工作需要进入测试楼，必须遵守 本安全规程，并服从工作人员的指挥，不得触动设备 上的任何按键和开关，以免发生意外。
L 1 . 91 V DM t 1 I TM
R2 0
被试元件做di/dt试验有反压比无反压能承受的临界di/dt要低，标准没明 确规定，应结合器件实际运行工况确定试验时有无反压较为科学。
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热循环负载试验（热疲劳测试）
• 本测试是确认某些型式晶闸管承受结温变化能力的耐久性 （寿命）测试。
利用公式可算得该元件的结壳热阻。这就是LEM Rth 20 测试原理和方法。这里介绍的是直流，实际可是正弦 半波或矩形波，这里不再介绍，因为样本给出的均是 直流热阻。我们应知道的确是直流热阻最小，矩形波、 正弦波稍大，当矩形波、正弦波导通角越小时其热阻 就越大。
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高温阻断
S闭合，调TB使B付边输出交流全波加于被试器件上，
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tgt是在规定的阳极电压、通态电流和门极条件下， 由门极脉冲上升沿的10%算起到晶闸管正向阳极电 压下降至最高电压的10%所经历的时间间隔。
延迟时间td — 由触发 脉 冲 上 升 沿 的 10% 起 到阳极电压下降到峰 值 的 90% 所 经 历 的 时 间。
上升时间tr — 由阳极 正向电压降到峰值 电 压 90% 起 降 到 10% 止所经历的时间。
c. 由可调再加电压上升率电源Er，S1，C1，D3，E1组成再加 断态电压、电压上升率、再加电压施加时间均可调的电路， 详情同dv/dt电路。改变S1闭合时间就改变dv/dt施加时间，缓 慢缩短S1与S3时间，当被测元件刚好承受而不转为导通止。
E3，R1，S4组成的门极触发电路，S4应与S2同时闭合，一旦被 试器件完全开通，S4就打开
电力半导体器件 的测试安全及 原理和方法
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测试安全注意事项
• 高压测试设备在运行过程中会产生 高温高电压，因此操作不当或者防 护不当，会影响工作人员的安全。 为了测试安全运行、保障操作人员 的人身安全，必须严格遵守安全规 定。
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• 1. 测试工作人员要具有强烈的事业心和 工作责任感，严格执行操作规程。
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R1，R2……R6为阻值可调的不锈钢水冷电阻，被试元件DUT1……DUT6用水 冷散热器。
当触点J1……J6闭合时，变压器B1，B2，B3原边接上三相380 V电源，∴付边 a0，b0，c0顺时针相位差120°轮流得电，当A0为正时DUT1导通，当a0为负时 DUT2导通，调R1，R2使各回路电流基本一致。检测壳温上升到某一温度时，断 开J1……J6，变压器B1……B3原边断电，付边电流为零。元件通水冷却，至壳温 降到某一温度时，J1……J6闭合，元件冷却水切断，元件开始通电升温。升温冷 却一次算一次循环，循环次数由循环计数器自动记录。
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S1闭合触发装置B触发DUT，被试元件流过直流IDC，此 时S2在2倍表头指示元件管压降，加热电流在DUT上产生 的功耗P = IDC·VT，待热平衡，S1断开切断加热直流IDC， 同时使S2转向1位，此时热敏电流If流过DUT，Vf表即指 示元件热敏电压Vf1，与此同时用LEM公司配套提供的点 温计，记录下壳温Tc1。
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恢复电荷 Qr
触发装置输出一脉冲触发被试元件，可调通态直流电源ET
经R1，L1，DUT，无感取样电阻RS输出IT，当闭合S时，C1经 RS，DUT，R2，L2放电，使IT以-dIT/dt下降，直至反向电流 最大值IRM，此时反向电压ER加在DUT上，反向电流由IR逐渐 衰减至零，按标准规定即可测出trr，Qr。整个电流波形由RS
率的交流电或把一种固定频率的交流电变成可 以连续变化的交流电。例如交流电机用的变频 器。 4. 交流开关 —— 接通或切断交流电路 5. 直流开关 —— 接通或切断直流电路
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测试原理及方法
通态电压测试原理图
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电路原理
• 当K合上，交流220V就加在TB原边，调节TB，变压 器B付边二极管D1，R1向电容C充电，待C充至一定 电被试压元时件，，触分发流K1器，F被L放试电元。件输，出电一容近C似经正K1弦，的电电感流L，波 形TB，，从使FITLM可恰测好得等于ITM被，测从元被件试所元需件电可流测值得，V记TM录。下调V节TM 值，该值就是要测的值。
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（电路换向）关断时间 tq
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a. 可调恒流通态电流，S2，D1，DUT构成正向电路，使被试 元件流过规定通态电流
b. 可调反向电压的直流E2，DUT，D1，S3，L1，R2构成反向 关断回路。在被试元件流过一定时间规定的通态电流后，S3 闭合反向电压加在被试元件上，使正向电流以一定的-di/dt下 降直至反向电流降至零
• 2. 测试工作人员上岗前必须进行专门培 训，取得上岗证后方能进行独立操作。
• 3. 测试工作人员进入工作岗位必须穿戴 好防护用品。
• 4．测试人员应注意防止高温烫伤，并做 好高温标识。
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• 5. 测试加高压前，工作人员必须对各种安全联锁装置 进行检查，以确保它们处于有效的工作状态。
• 电流脉宽在1 ~ 10 ms范围选择，以使被测器件完全 开通和防止超过器件额定di/dt值。
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通态伏安特性（ITM ~ VTM）
差异仅是通态峰值电流至额定通态平均电流值的4、5倍以上； 通常我们给出的是Tjm下的，下面给出25℃和Tjm二条伏安特性。 我们知道元件的压降由三部分组成：